高三物理一轮复习选修3-3热学第2讲固体液体与气体课件.ppt

第2讲固体 液体与气体 知识梳理 知识点1晶体和非晶体晶体的微观结构1 晶体和非晶体 不规则 确定 各向同性 无规则 相互转化 2 晶体的微观结构 1 如图所示 金刚石 石墨晶体的晶体微粒在空间排列上具有 规律性 周期性 2 晶体特性的解释 规则 相同距离 空间 分布 知识点2液体与液晶1 液体的表面张力 1 作用 液体的表面张力使液面具有 的趋势 2 方向 表面张力跟液面相切 跟这部分液面的分界线 收缩 垂直 2 毛细现象是指浸润液体在细管中 的现象 以及不浸润液体在细管中 的现象 毛细管越细 毛细现象越明显 上升 下降 3 液晶的物理性质 1 具有液体的 性 2 具有晶体的光学各向 性 3 从某个方向看其分子排列比较整齐 但从另一方向看 分子的排列是 的 流动 异 杂乱无章 4 饱和汽 饱和汽压随温度而变 与饱和汽的体积 温度越高 饱和汽压 5 湿度 绝对湿度是空气中所含水蒸气的压强 相对湿度是某一温度下 空气中水蒸气的实际压强与同一温度下水的饱和汽压之比 相对湿度 100 无关 越大 知识点3气体分子动理论和气体压强1 气体分子运动特点 1 气体分子间距较大 分子力为零 分子间除碰撞外 作用 向各个方向运动的气体分子 2 分子做无规则运动 分子速率按 的统计规律分布 不受其他力 数目 相等 中间多 两头少 3 温度一定时某种气体分子的速率分布是确定的 温度升高时 速率大的分子数增多 分子的平均速率增大 但不是每个分子的速率都增大 速率小的分子数减少 2 气体压强 1 产生的原因 由于大量分子无规则运动而碰撞器壁 形成对器壁各处均匀 持续的压力 作用在器壁 的压力叫作气体的压强 2 决定因素 宏观上 取决于气体的 微观上 取决于分子的 单位 面积上 温度和体积 平均动能和分子的密集程度 知识点4气体实验定律和理想气体状态方程1 气体实验定律 压强与体积 成反比 压强与热 力学温度成正 比 体积与热力学 温度成正比 p1V1 p2V2 2 理想气体的状态方程 1 理想气体 宏观上讲 理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体 实际气体在压强 温度 的条件下 可视为理想气体 微观上讲 理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力 即 不太大 不太低 分子间无分子势能 2 理想气体的状态方程 一定质量的理想气体状态方程 或 气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例 易错辨析 1 单晶体的所有物理性质都是各向异性的 2 草叶上的露珠呈球形是表面张力引起的 3 水蒸气达到饱和时 水蒸气的压强不再变化 这时蒸发和凝结仍在进行 4 只要能增加气体分子热运动的剧烈程度 气体的温度就可以升高 5 若气体的温度逐渐升高 则其压强可以保持不变 提示 1 晶体在不同方向上物质微粒的排列情况不同叫作各向异性 虽然单晶体具有各向异性 但并不是所有物理性质都是各向异性的 故该说法是错误的 2 草叶上的露珠存在表面张力 它表面的水分子表现为引力 从而使它收缩成一个球形 与表面张力有关 3 水蒸气达到饱和时 蒸发和凝结仍在继续进行 只不过蒸发和凝结的水分子个数相等 蒸发和凝结达到动态平衡 4 温度是分子平均动能的标志 增加气体分子热运动的剧烈程度 气体的温度就可以升高 5 由理想气体的状态方程 C可知 若气体的温度T逐渐升高 如果体积V同时变大 其压强可能不变 考点1固体和液体的性质 核心要素精讲 1 晶体和非晶体 1 单晶体具有各向异性 但不是在各种物理性质上都表现出各向异性 2 只要是具有各向异性的物体必定是晶体 且是单晶体 3 只要是具有确定熔点的物体必定是晶体 反之 必是非晶体 4 晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 2 液体表面张力 1 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大 分子间的相互作用力表现为引力 2 表面特性 表面层分子间的引力使液面产生了表面张力 使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜 3 表面张力的方向 和液面相切 垂直于液面上的各条分界线 4 表面张力的效果 表面张力使液体表面具有收缩趋势 使液体表面积趋于最小 而在体积相同的条件下 球形的表面积最小 5 表面张力的大小 跟边界线的长度 液体的种类 温度都有关系 高考命题探究 典例1 多选 2017 梅州模拟 关于晶体和非晶体 下列说法正确的是世纪金榜导学号42722276 A 金刚石 食盐 玻璃和水晶都是晶体B 晶体的分子 或原子 离子 排列是有规则的 C 单晶体和多晶体有固定的熔点 非晶体没有固定的熔点D 单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的 非晶体是各向同性的 解析 选B C 金刚石 食盐 水晶都是常见的晶体 玻璃是非晶体 故A错误 晶体内部的分子 或原子 离子 排列是有规则的 故B正确 晶体有固定的熔点 而非晶体没有确定的熔点 故C正确 单晶体具有各向异性 多晶体和非晶体一样具有各向同性 故D错误 强化训练 1 多选 2017 潍坊模拟 下列说法正确的是 A 将一块晶体敲碎后 得到的小颗粒是非晶体B 固体可以分为晶体和非晶体两类 有些晶体在不同方向上有不同的光学性质C 由同种元素构成的固体 可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D 在合适的条件下 某些晶体可以转变为非晶体 某些非晶体也可以转变为晶体E 在熔化过程中 晶体要吸收热量 但温度保持不变 内能也保持不变 解析 选B C D 将一块晶体敲碎后 得到的小颗粒还是晶体 选项A错误 固体可以分为晶体和非晶体两类 有些晶体在不同方向上各向异性 具有不同的光学性质 选项B正确 由同种元素构成的固体 可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 例如石墨和金刚石 选项C正确 在合适的条件下 某些晶体可以转变为非晶体 某些非晶体也可以转变为晶体 例如天然石 英是晶体 熔融过的石英却是非晶体 把晶体硫加热熔化 温度超过300 再倒进冷水中 会变成柔软的非晶硫 再过一段时间又会转化为晶体硫 所以选项D正确 在熔化过程中 晶体要吸收热量 虽然温度保持不变 但是内能要增加 选项E错误 2 2017 平顶山模拟 液体表面具有收缩的趋势 其原因是 A 由于液体表面分子间距离小于液体内部分子间的距离 液面分子间表现为引力 所以液体表面具有收缩的趋势B 由于液体表面分子间的距离大于液体内部分子间的距离 液面分子间表现为引力 所以液体表面具有收缩的趋势 C 由于液体表面的分子受到外部空气分子的吸引力 所以液体表面具有收缩的趋势D 因液体具有流动性 所以液体表面具有收缩的趋势 解析 选B 由于蒸发等原因 液体表面分子数较为稀疏 故液体表面的分子间距离大于液体内部分子间的距离 这样才能在分子间表现为引力 规律总结 晶体和非晶体的特性比较 1 晶体有整齐规则的几何外形 2 晶体有固定的熔点 在熔化过程中 温度始终保持不变 3 晶体有各向异性的特点 4 非晶体是指组成物质的分子 或原子 离子 不呈空间有规则周期性排列的固体 它没有一定规则的外形 如玻璃 松香 石蜡等 它的物理性质在各个方向上是相同的 叫 各向同性 它没有固定的熔点 加固训练 多选 下列说法正确的是 A 把一枚针轻放在水面上 它会浮在水面 这是由于水表面存在表面张力B 水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠 而在干净的玻璃板上却不能 是因为油脂使水的表面张力增大 C 在围绕地球飞行的宇宙飞船中 自由飘浮的水滴呈球形 这是表面张力作用的结果D 在毛细现象中 毛细管中的液面有的升高 有的降低 这与液体的种类和毛细管的材质有关E 当两薄玻璃板间夹有一层水膜时 在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开 这是由于水膜具有表面张力 解析 选A C D 把一枚针轻放在水面上 它会浮在水面 浮力很小 可以忽略不计 故一定是由于水表面存在表面张力 故A正确 水对油脂表面是不浸润的 所以成水珠状 水对玻璃表面是浸润的 无法形成水珠 表面张力是一样的 故B错误 宇宙飞船中的圆形水滴是表面张力的缘故 故C正确 毛细现象中有的液面升高 有的液面降低 这与液体种类和毛细管的材料有关 故D正 确 当两薄玻璃板间夹有一层水膜时 在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开 这是由于大气压力 故E错误 考点2气体压强的产生与计算 核心要素精讲 1 气体压强产生的原因 分子热运动不断撞击容器壁 或者假想气壁 形成对器壁各处均匀 持续的压力 作用在器壁单位面积上的压力叫作气体的压强 2 气体压强的决定因素 压力与分子热运动速度以及撞击频率有关 从宏观上取决于气体的温度和体积 从微观上取决于分子的平均动能和分子的密集程度 3 气体压强的计算 气体压强是气体分子热运动撞击器壁产生的压力 因此可根据平衡或牛顿运动定律计算气体压强的大小 高考命题探究 典例2 多选 对于一定质量的气体 当压强和体积发生变化时 以下说法正确的是 世纪金榜导学号42722277A 压强和体积都增大时 其分子平均动能不可能不变B 压强和体积都增大时 其分子平均动能有可能减小C 压强增大 体积减小时 其分子平均动能一定不变D 压强减小 体积增大时 其分子平均动能可能增大 思考探究 当压强和体积都增大时对应哪些物理量可能发生变化 提示 体积增大 单位体积内的分子数减少 若压强再增大 则温度升高 分子平均动能增大 解析 选A D 当体积增大时 单位体积内的分子数减少 只有气体的温度升高 分子平均动能增大 压强才能增大 A正确 B错误 当体积减小时 单位体积内的分子数增多 温度不变 降低 升高都可能使压强增大 C错误 同理体积增大时 温度不变 降低 升高都可能使压强减小 故D正确 典例3 若已知大气压强为p0 在图中各装置均处于静止状态 图中液体密度均为 求被封闭气体的压强 思考探究 压强乘以横截面积等于压力 关于力的问题 可以应用什么规律解决上述问题 提示 甲图AB液柱处于平衡状态 可以应用力的平衡规律处理 乙图 丙图问题也可以类似处理 若物体处于加速状态可以应用牛顿第二定律处理 解析 在甲图中 以高为h的液柱为研究对象 由二力平衡知p甲S ghS p0S所以p甲 p0 gh在图乙中 以B液面为研究对象 由平衡方程F上 F下有 pAS ghS p0Sp乙 pA p0 gh 在图丙中 仍以B液面为研究对象 有pA ghsin60 pB p0所以p丙 pA p0 gh答案 甲 p0 gh乙 p0 gh丙 p0 gh 迁移训练 迁移1 根据活塞平衡求解气体压强汽缸截面积为S 质量为m的梯形活塞上面是水平的 下面与右侧竖直方向的夹角为 如图所示 当活塞上放质量为M的重物时处于静止 设外部大气压为p0 若活塞与缸壁之间无摩擦 求汽缸中气体的压强 解析 以活塞为研究对象进行受力分析 其中内部气体对活塞的弹力垂直于接触面 由竖直方向合力为零得p气 sin M m g p0S所以p气 p0 答案 p0 迁移2 连通器中气体压强的计算如图 竖直放置的U形管 左管上端封闭 右管上端开口 管内有a b两段水银柱 将A B两段空气柱封在管内 若空气柱A的压强为60cmHg 水银柱b的两个水银面的高度差为5cm 大气压强为75cmHg 则水银柱a的长度为 A 5cmB 10cmC 15cmD 20cm 解析 选B 水银柱a平衡 故 pA gha pB 在b水银柱中与右侧液面等高的位置取一个水银薄片 根据平衡条件 有 pB ghb p0 联立得 pA gha ghb p0 其中 hb 5cm 代入数据 有 ha 10cm 迁移3 牛顿第二定律法求封闭气体的压强如图所示 光滑水平地面上放有一质量为m的导热汽缸 用活塞封闭了一部分气体 活塞质量为截面积为S 可无摩擦滑动 汽缸静止时与缸底距离为L0 现用水平恒力F向右推汽缸 最后汽缸与活塞达到相对静止状态 已知大气压强为p0 求 1 稳定时封闭气体的压强 2 稳定时活塞与缸底部的距离 解析 1 选择汽缸 活塞和密闭气体整体作为研究对象 受力分析可知 水平恒力F即为整体受到的合外力 由牛顿第二定律得F m a隔离活塞对其受力分析 设封闭气体压强为p 则由牛顿第二定律得 p p0 S a 汽缸和活塞相对静止具有相同的加速度 联立以上两式 可得p p0 2 由汽缸为导热汽缸可知 汽缸内气体温度不变 气体为等温变化 设稳定时活塞与缸底部的距离为L由理想气体状态方程 C得p0L0S pLS可得L 答案 1 p0 2 加固训练 2017 烟台模拟 如图所示 一水平放置的汽缸 由横截面积不同的两圆筒连接而成 活塞A B用一长为3L的刚性细杆连接 它们可以在筒内无摩擦地沿水平方向滑动 活塞A B的横截面积分别为SA 40cm2 SB 20cm2 A B之间封闭着一定质量的理想气体 汽缸外大气的压强为p0 1 105Pa 温度T0 294K 初始时活塞A 与大圆筒底部 大小圆筒连接处 相距2L 汽缸内气体温度为T1 500K时 1 汽缸内气体的温度缓慢降至400K时 活塞移动的位移 2 缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时 缸内封闭气体的压强 解析 1 汽缸内气体的温度降低时 其压强不变 活塞A B一起向右移动 气体状态参量 V1 SA 2L SBL V2 SA 2L x SB L x 已知 T1 500K 气体发生等压变化 由盖 吕萨克定律得 解得 x L 由于x L 2L 表明活塞A未碰到大圆筒底部 故活塞A B向右移动的位移为L 2 大活塞刚碰到大圆筒底部时 V3 3SBL 已知 T1 500K 由盖 吕萨克定律得 解得 T3 300K 当汽缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时 T T0 294K 气体发生等容变化 由查理定律得 解得 p 9 8 104Pa 答案 1 L 2 9 8 104Pa 考点3理想气体状态方程与气体实验定律的应用 核心要素精讲 1 理想气体状态方程 1 理想气体 宏观上讲 理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体 实际气体在压强不太大 温度不太低的条件下 可视为理想气体 微观上讲 理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力 分子本身没有体积 即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间 2 状态方程 3 应用状态方程解题的一般步骤 2 状态方程与气体实验定律的关系 高考命题探究 典例4 2016 全国卷 一氧气瓶的容积为0 08m3 开始时瓶中氧气的压强为20个大气压 某实验室每天消耗1个大气压的氧气0 36m3 当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时 需重新充气 若氧气的温度保持不变 求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天 世纪金榜导学号42722278 思考探究 在使用氧气过程中 压强 体积 温度哪个物理量不变 这个变化符合什么定律 提示 在使用氧气过程中温度始终不变 该过程是等温变化 可应用玻意耳定律解决 解析 设氧气开始时的压强为p1 体积为V1 压强变为p2 2个大气压 时 体积为V2 根据玻意耳定律得p1V1 p2V2 重新充气前 用去的氧气在p2压强下的体积为V3 V2 V1 设用去的氧气在p0 1个大气压 压强下的体积为V0 则有 p2V3 p0V0 设实验室每天用去的氧气在p0下的体积为 V 则氧气可用的天数为N 联立 式 并代入数据得N 4 天 答案 4天 强化训练 1 2016 全国卷 一U形玻璃管竖直放置 左端开口 右端封闭 左端上部有一光滑的轻活塞 初始时 管内汞柱及空气柱长度如图所示 用力向下缓慢推活塞 直至管内两边汞柱高度相等时为止 求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离 已 知玻璃管的横截面积处处相同 在活塞向下移动的过程中 没有发生气体泄漏 大气压强p0 75 0cmHg 环境温度不变 解析 设初始时 右管中空气柱的压强为p1 长度为l1 左管中空气柱的压强为p2 p0 长度为l2 活塞被推下h后 右管中空气柱的压强为p1 长度为l1 左管中空气柱的压强为p2 长度为l2 以cmHg为压强单位 由题给条件得p1 p0 20 0 5 00 cmHgl1 20 0 cm 根据玻意耳定律p1l1 p1 l1 联立解得p1 144cmHg根据题意可得p1 p2 l2 4 00cm cm h根据玻意耳定律可得p2l2 p2 l2 解得h 9 42cm 答案 144cmHg9 42cm 2 2016 海南高考 如图 密闭汽缸两侧与一U形管的两端相连 汽缸壁导热 U形管内盛有密度为 7 5 102kg m3的液体 一活塞将汽缸分成左 右两个气室 开始时 左气室的体积是右气室的体积的一半 气体的压强均为p0 4 5 103Pa 外界温度保持不变 缓慢 向右拉活塞使U形管两侧液面的高度差h 40cm 求此时左 右两气室的体积之比 重力加速度g取10m s2 U形管中气体的体积和活塞拉杆的体积忽略不计 解析 设初始状态时汽缸左气室的体积为V01 右气室的体积为V02 当活塞拉至汽缸中某位置时 左 右气室的压强分别为p1 p2 体积分别为V1 V2 由玻意耳定律得p0V01 p1V1 p0V02 p2V2 依题意有V01 V02 V1 V2 由力的平衡条件有p2 p1 gh 联立 式 并代入题给数据得2V12 3V01V1 9V012 0 由此解得V1 V01 另一解不合题意 舍去 由 式和题给条件得V1 V2 1 1 答案 1 1 加固训练 2017 西宁模拟 如图所示 水平放置的汽缸内壁光滑 活塞厚度不计 在A B两处设有限制装置 使活塞只能在A B之间运动 B左面汽缸的容积为V0 A B之间的容积为0 1V0 开始时活塞在B处 缸内气体的压强为0 9p0 p0为大气压强 温度为297K 现缓慢加热汽缸内气体 求 活塞刚到达A处时 气体的温度为多少K 解析 活塞由A移动到B的过程中先做等容变化 后做等压变化 初态 p1 0 9p0 V1 V0 T1 297K 末态 p2 p0 V1 V0 0 1V0 1 1V0 由理想气体状态方程得 即 解得 T2 363K 答案 363K 考点4气体状态变化中的图象问题 核心要素精讲 一定质量的气体不同图象的比较 高考命题探究 典例5 2017 济宁模拟 如图甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V T图象 已知气体在状态A时的压强是1 5 105Pa 世纪金榜导学号42722279 1 说出A B过程中压强变化的情形 并根据图象提供的信息 计算图甲中TA的温度值 2 请在图乙坐标系中 作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p T图象 并在图线相应位置上标出字母A B C 如果需要计算才能确定的有关坐标值 请写出计算过程 解析 1 由图甲所示图象可知 A与B的连线的延长线过原点O 所以A B是一个等压变化 即pA pB 1 5 105Pa 由图示图象可知 VA 0 4m3 VB VC 0 6m3 TB 300K TC 400K 从A到B过程 由盖 吕萨克定律得 得TA 200K 2 由图甲所示图象可知 从B到C为等容过程 由 1 知 pB 1 5 105Pa TB 300K TC 400K 由查理定律得 解得 pC 2 105Pa 气体状态变化图象如图所示 答案 1 变化情况见解析200K 2 见解析 感悟提高 1 特点 本题属于物理规律与数学图象结合问题 2 方法 本题甲图A B是 适用于 B C过程是 适用于 3 拓展 若已知A的温度 可以根据 直接求出C状态的压强 等压过程 盖 吕萨 克定律 等容过程 查理定律 理想气体状态方程 强化训练 1 2017 泉州模拟 某一定质量理想气体发生等压膨胀 等温压缩 等容降温三个状态变化后回到初始状态 整个过程的p V图象如图所示 则下列也能反映该过程的图象是 解析 选B 根据理想气体状态方程 C 等压膨胀过程 温度增加 p T图象与T轴平行 等温压缩过程 压强增加 p T图象与p轴平行 等容降温过程 压强减小 p T图象经过坐标原点 故A错误 B正确 根据理想气体状态方程 C 等压膨胀过程 温度增加 V T图象经过坐标原点 等温压缩过程 压强增加 V T图象与V轴平行 等容降温过程 压强减小 V T图象与T轴平行 故C D错误 2 2015 福建高考 如图 一定质量的理想气体 由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c 设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc 在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac 则 填选项前的字母 A Tb Tc Qab QacB Tb Tc QabQacD Tb Tc Qab Qac 解析 选C p V图象中状态c b所围的面积相等 Tb Tc 因此在过程ab和ac中 内能变化相等 过程ac不做功 过程ab气体对外做功 据热力学定律 U W Q可知 Qab Qac 故选C 加固训练 多选 如图所示是一定质量的理想气体的p V图线 若其状态由A B C A 且A B等容 B C等压 C A等温 则气体在A B C三个状态时 A 单位体积内气体的分子数nA nB nCB 气体分子的平均速率vA vB vCC 气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力FA FB FB FCD 气体分子在单位时间内 对器壁单位面积碰撞的次数是NA NB NA NC 解析 选C D 由图示图象可知 VA VBnC 故A错误 C A为等温变化 TA TC A B为等容变化 pA pB 由查理定律可知 TA TB 则TA TC TB 分子的平均速率vA vC vB 故B错误 由B可知 TA TC TB 分子的平均速率vA vC vB 气体分子在单位时间内对器壁的平均作用力FA FB FC 故C正确 由A B可知 nA nB nC vA vC vB C状态分子数密度最小 单位时间撞击器壁的分子数最少 A与B状态的分子数密度相等 但A状态的分子平均速率大 单位时间A状态撞击器壁的分子数多 则气体分子在单位时间内对器壁单位面积碰撞次数NA NB NC 故D正确